《2020衡水名师物理专题卷：专题十一《交变电流》 Word版含答案.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020衡水名师物理专题卷：专题十一《交变电流》 Word版含答案.pdf（18页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第 1 页 共 18 页 2020 衡水名师原创物理专题卷 专题十一 交变电流 考点 34 交变电流的产生和描述 考点 35 变压器的原理及电路分析 考点 36 远距离输电问题 一、选择题（本题共 17 个小题，每题 4 分，共 68 分。每题给出的四个选项中，有的只有一 个选项符合题意，有的有多个选项符合题意，全部选对的得 4 分，选对但不全的得 2 分，有 选错或不答的得 0 分） 1、 一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,穿过线圈的磁通量随时间变化 的图象如图甲所示,则下列说法中正确的是( ) A.t=0 时刻线圈平面与中性面垂直 B.t=0.01s 时刻 的变化率达最大
2、 C.0.02s 时刻感应电动势达到最大 D.该线圈相应的感应电动势图象如图乙所示 2、如图所示，理想变压器原线圈a、b间输入一稳定的正弦交流电，原线圈接有理想交流电 流表 A，副线圈接有理想交流电压表 V，当滑动变阻器的滑片向上滑动时，下列说法正确的 是( ) A. 电压表的示数不变 B. 电压表的示数增大 C. 电流表的示数增大 D. 电阻的功率减小 2 R 3、某发电站采用高压输电向外输送电能。若输送的总功率为P0,输电电压为U,输电线的总 电阻为R线,则下列说法正确的是( ) 第 2 页 共 18 页 A.输电线上的电流 B.输电线上的电流 C.输电线上损耗的功率 D.输电线上损耗的功
3、率 4、如图所示,理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的白炽灯泡 a 和 b、c,灯泡 b、c 规格相同。当输入电压 U 为灯泡额定电压的 10 倍时,三只灯泡均能正常发光,下列说法正确 的是( ) A.原、副线圈匝数比为 10:1 B.此时 a 灯和 b 灯的电流比为 1:9 C.此时 a 灯和 b 灯的电功率之比为 2:9 D.此时 a 灯和 b 灯的电阻比为 9:2 5、图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比,电阻,为规格相 12 :5:1nn =10R 12 LL、 同的两只小灯泡,为单刀双掷开关.原线圈接正弦交变电源,输入电压u随时间t的变化关 1 S 系如图乙所示.现将接 1、闭
4、合,此时正常发光.下列说法正确的是( ) 1 S 2 S 2 L A.只断开后,原线圈的输入功率增大 2 S B.输入电压u的表达式20 2sin(50 )Vut 第 3 页 共 18 页 C.若换接到 2 后,原线圈的输入功率为 1.6W 1 S D.若换接到 2 后,R 消耗的电功率为 0.8W 1 S 6、在如图所示的理想自耦变压器中,原线圈接有定值电阻r,副线圈两端连有一电阻R。在 两端输入有效值恒定的正弦交流电压,间的电压有效值为,在将滑动触头ab、 1 Ucd、 2 U 从图中M点逆时针向N点旋转的过程中,下列说法正确的是( ) A. 可能大于 2 U 1 U B.原线圈两端的电压
5、不变,副线圈两端的电压增大 C.通过电阻r的电流不一定增大 D.电阻R上消耗的功率不一定增大 7、把如图所示的交变电流通过定值电阻 R，经过一个周期 T，产生的热量是多少（ ） A. B. C. D. 22 12 11 42 I RTI RT 22 12 11 22 I RTI RT 2 1 I RT 2 2 I RT 8、 如图所示,匝数为 10、 边长为 10cm、 电阻不计的正方形线框绕着固定转轴以角速度 100 OO rad/s 在垂直于纸面向里的匀强磁场中匀速转动,线框关于对称,线框通过两电刷(未 OO 画出)与某一理想变压器相连,已知理想变压器原、副线圈的匝数之比为,副线 12 :
6、10:1nn 第 4 页 共 18 页 圈两端接有两相同灯泡,如果灯泡的规格为“2.5V0.5W”且正常发光,则下列说法正 12 LL、 确的是( ) A.变压器原线圈两端电压的最大值为 50V B.匀强磁场的磁感应强度大小为 5 2 T C.线框处于中性面瞬间的电动势为50 2 V D.变压器的输出功率为 0.1W 9、某同学在研究电容器、电感器对恒定电流与交变电流的影响时,采用了如图所示的电路, 其中 L1、L2是两个完全相同的灯泡。当双刀双掷开关置于 3、4 时,电路与交流电源接通,稳 定后的两个灯泡发光亮度相同。则该同学在如下操作中能观察到的实验现象是( ) A.当开关置于 1、2 时
7、,稳定后 L1亮、L2不亮 B.当开关置于 3、4 时,交流电频率增加且稳定后,L1变亮、L2变暗 C.当开关从置于 1、2 的稳定状态下突然断开,L1将会立即熄灭 D.当开关从置于 1、2 的稳定状态下突然断开,L1不会立即熄灭 10、如图所示为远距离交流输电的简化电路图，发电厂经过变压器（图中未画出升压后的输 出电压是 U，用等效总电阻是 r 的两条输电线输电，输电线路中的电流是） ，其末端间的 1 I 电压为，在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流是，则（ ） 1 U 2 I 第 5 页 共 18 页 A用户端的电压为 11 2 IU I B用户端消耗的功率为 22 U I
8、C理想降压变压器的输入功率为 1 IU D输电线上的功率损失为 2 U r 11、一理想变压器的原、副线圈的匝数比为 3:1，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同 的电阻，原线圈一侧接在电压为 220V 的正弦交流电源上，如图所示。设副线圈回路中电阻 两端的电压为 U，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为 k，则( ) A. B. 1 66V, 9 Uk 1 22V, 9 Uk C. D. 1 66V, 3 Uk 1 22V, 3 Uk 12、 如图所示,是磁感应强度大小分别为和B的两个匀强磁场区域的分界线,磁场方OO3B 向分别垂直纸面向里和垂直纸面向外。单匝矩形导线圈的对称轴刚好位于处,
9、线abcdOO 圈以为转轴从纸面位置开始以角速度做匀速转动。若线圈的电阻为R,边长为,OOab 1 l 边长为,则下列说法正确的是( )ad 2 l 第 6 页 共 18 页 A.线圈在纸面位置时感应电流最大 B.线圈中产生的感应电动势的最大值为 1 2 2Bl l C.线圈中产生的热功率为 2 2 22 1 2 2 B l l R D.线圈从纸面位置开始转过的过程中通过某一横截面的电荷量为90 1 2 2Bl l R 13、如图所示,一个截面枳为S的N匝线圈,在磁感应强度为B的水平匀强磁 场中,以角速度匀速转动产生交变电流,变压器原副线圈匝数比为,电 12 :nn 表均为理想电表,忽略线圈内
10、阻,则( ) A.若从图示位置计时,则原线圈中电压瞬时值为sineNBSt B.当闭合开关 S 时,电压表示数变大 C.当闭合开关 S 时,电流表示数变大 D.电压表读数为 2 1 n NBS n 14、某小型水电站的电能输送示意图如图甲所示,发电机通过升压变压器和降压变压器向用 户供电。已知输电线的总电阻为r,降压变压器原、副线圈的匝数比为n3:n4=n:1,降压变压 第 7 页 共 18 页 器的副线圈两端电压如图乙所示,降压变压器的副线圈与阻值为R0=22 的电阻组成闭合电 路。若将变压器视为理想变压器,则下列说法正确的是( ) A.发电机产生的交流电的频率为 0.5Hz B.降压变压器
11、的副线圈两端电压的瞬时值表达式为220 2sin100utV C.通过R0的电流的最大值为20 2A D.输电线损失的功率为 2 100 W r n 15、泡沫望料、海绵等是包装家电常用到的材料。尤其是白色的泡沫塑料，切割很容易，但 保证切割面光滑就很难。 针对这个问题， 银川某校一同学自制了一个配有理想变压器的泡沫 切割器，该切割器的电热丝(纯金属丝)参数为“44V、8.8W” ，切割器工作时，由于家庭电路 电压不稳，电路电压在 200V250V 之间变化，则( ) A. 当电压为 250V 时，电热丝中交流电的频率最大 B. 当电压变化时变压器原、副线圈两端电压比值不变 C. 当电路电压为
12、 220V 时， 通过电热丝的电流为 0.2A， 此时变压器原线圈中的电流为 0.04A D. 当电路的电压增加时，原线圈的输入功率可能不变 第 8 页 共 18 页 16、一台发电机最大输出功率为 4000kW，电压为 4000V，经变压器T1升压后向远方输 电输电线路总电阻为R1k.到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡 (220V、60W)若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的 10%，变压器T1和T2的损耗 可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则( ) A.T1原、副线圈电流分别为 103A 和 20A B.T2原、副线圈电压分别为 1.8105V 和 220V C.T1
13、和T2的变压比分别为 150 和 401 D.有 6104盏灯泡(220V、60W)正常发光 17、如图甲所示为一自耦变压器,为副线圈的滑动触头,电压表与电流表均为理想交流电 2 P 表,为滑动变阻器R的滑动触头,变压器的原线圈接有如图乙所示的交变电流,则下列说法 1 P 正确的是( ) A.当位于正中央时,电压表的示数为 2 P110 2V B.当位于正中央且时,电压表的示数为 0 2 P0.3st C.在触头向下缓慢移动的过程中,两理想电表的读数均增大 2 P D.当滑动变阻器的滑动触头向下移动时,变压器的输入功率增大 1 P 二、非选择题（共 3 小题 ，共 42 分，按题目要求作答，计
14、算题应写出必要的文字说明、方 程式和重要步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值 和单位） 18、如图所示,在匀强磁场中有一个“”形导线框,可绕AB轴转动,已知匀强磁场的磁感应 强度,线框相邻两边相互垂直,其中CD边长为 20cm,CE、DF长均为 10cm,转速为 5 2 BT 50r/s,若从图示CEFD平面平行磁场位置开始计时: 第 9 页 共 18 页 1.写出线框中感应电动势的瞬时值表达式; 2.求出由图示位置转过 30过程中线框产生的平均电动势; 3.在e-t坐标系中作出线框中感应电动势随时间变化的图象。 19、 某水电站的配电设施,该电站发电机组的输
15、出电压为 500V,输出电功率为 50kW,如果用总 电阻为 16 的输电线向远处用户送电,要求输电线上损失的电功率是发电机组输出功率的 3.2%,该电站安装了一台升压变压器,到达用户前再用降压变压器变为 220V 供用户使用,不 考虑变压器的能量损失.求: 1.画出此输电线路的示意图 2.用户得到的电功率是多少 3.在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比 20、如图甲所示为一理想变压器,d为副线圈引出的一个接头,原线圈输入正弦交变电压的图 象如图乙所示.若只在间接一个的电阻,或只在间接一个ce、400 ce Rde、 的电阻,两种情况下电阻消耗的功率均为 80W.225 de R
16、 1.请写出原线圈输入电压的瞬时值的表达式; ab u 2.求只在间接一个的电阻时,原线圈中的电流;ce、400 ce R 1 I 3.求间和间线圈匝数的比值.ce、de、 ce de n n 答案以及解析 第 10 页 共 18 页 1 答案及解析： 答案：B 解析：A、由甲图可知，t=0 时刻磁通量最大，线圈在中性面位置，而不是垂直，故A错误； B、t=0.01s 时刻，磁通量等于零，此时线圈与磁场平行，感应电动势最大，磁通量的变 化率达最大，故B正确； C、t=0.02s 时刻，磁通量最大，感应电动势为零，故C错误； D、由甲图知交流电动势的图象应为正弦图象，的D错误。 故选B。 2 答
17、案及解析： 答案：C 解析 ： 当滑线变阻器的滑片 P 向上滑动时，电阻减小，副线圈电流变大，原线圈电流也变大， 电流表示数变大，故分压变大，则原线圈输入电压减小，匝数不变，副线圈电压减小， 1 R 故电压表示数减小，故 AB 错误，C 正确；当滑线变阻器的滑片 P 向上滑动时，电阻减小， 副线圈电流变大，阻值不变，故功率变大，故 D 错误；故选 C。 2 R 3 答案及解析： 答案：BC 解析：输电线上的电流,故 A 错误,B 正确;输电线上损耗的功率 ,故 C 正确,D 错误。 4 答案及解析： 答案：CD 解析 ： 灯泡正常发光,则其电压均为额定电压U额,则说明原线圈输入电压为 9U额,
18、输出电压 为U额；则可知，原副线圈匝数之比为 9:1:故A错误； B. 原副线圈匝数之比为 9:1,则：.故B正确； 12 9 abcb IIII n 第 11 页 共 18 页 C. 由于小灯泡两端的电压相等， 所以根据公式P=UI可得两者的电功率之比为2:9； 故C错误 ； D. 二者都正常发光，额定电压相等，由于a灯和b灯的电流比为 2:9，由欧姆定律可知，它 们的电阻之比为 9:2，故D错误； 5 答案及解析： 答案：C 解析：只断开后.副线圈中电压不变.电路总电阻增加，总电流减小，副线圈功率减小， 2 S 理想变压器的输入功率等于输出功率.故原线阇的输入功率减小.选项 A 错误 ；
19、从图中可看出 该交流电压的最大值为,周期为 0.02 s,根据交变电流的电动势随时间的变化规律20 2V .选项 B 错误；由得 mm 2a sin sin20 2sin(100)VeEtEtt T 11 22 Un Un ，换接到 2 后副线圈的电压仍然不变.根据焦耳定律 21 1 4V 5 UU 1 S .原线圈的输人功率,选项 C 正确.D 错误. 2 2 2 1.6W R U PP R 12 1.6WPP 6 答案及解析： 答案：D 解析：由题图中线圈的结构可知,原线圈对应匝数为,而副线圈对应匝数为 1 n ,设原线圈两端的电压为U,由变压器的变压规律可知,故, 2 n 12 nn 1
20、 22 nU Un 2 UU 而由电路结构知,故一定有,不可能大于,故 A 错误;设流过原 1 UU 12 UU 2 U 1 U 线圈和副线圈的电流分别为和,副线圈两端的电压 1 I 2 I 11 UUI r ,副线圈中的电流,又,联 22 211 11 () nn UUUI r nn 22 211 1 () Un IUI r Rn R 1 21 2 n II n 立可得,滑动触头从M点逆时针向N点旋转的过程中,副线圈的匝数增 1 12 1 2 2 U R I nr nR 2 n 第 12 页 共 18 页 大,则增大,由于,则原线圈两端的电压减小,又因为副线圈的匝数 1 I 11 UUI r
21、 2 n 增大,故副线圈两端的电压不一定增大,故电阻R上消耗的功率不 2 2 1 n UU n 2 2 U P R 一定增大,故 BC 错误,D 正确。 7 答案及解析： 答案：A 解析：根据电流的热效应可得交变电流通过定值电阻R，经过一个周期T，产生的热量是： ，故 A 正确，BCD 错误。 2222 1 212 11 () 22422 ITT QRI RI RTI RT 8 答案及解析： 答案：B 解析：变压器副线圈两端的电压,根据,可知原线圈两端的电压 2 5VU 11 22 10 1 Un Un ,最大值为,A 错误;由,可知,B 正确; 1 50VU 50 2 V50 2 V m U
22、NBS 5 2 T B 线框处于中性面瞬间,线框中的电动势为 0,线框垂直中性面时,线框中的电动势为50 2 V ,C 错误;变压器的输出功率,D 错误。2=1WPP 灯 9 答案及解析： 答案：AD 解析：当开关置于 1、2 时,接直流电,稳定后电流能通过电感器,而不能通过电容器.所以 L1 亮,L2不亮.A 正确;当开关从置于 1、2 的稳定状态下突然断开,L1、L2、C、L能构成回路,由 于电容器要放电,电感线圈产生的自惑电动势对电流的阻碍作用,L1将慢慢熄灭,故 D 正确,C 错误;当开关置于 3、 4 时,交流电频率增大且稳定后,感抗增大,容抗减小,所以 L1变暗,L2变 亮,故 B
23、 错误. 第 13 页 共 18 页 10 答案及解析： 答案：A 解析：A、由于输电线与用户间连有一理想变压器，设用户端的电压是，则， 2 U 1 122 U IU I 得：故 A 正确； 11 2 2 IU U I B、用户端消耗的功率为，故 B 错误； 1 1 PU I 用 C、理想降压变压器的输入功率为，故 C 错误； 11 IU D、输电线上的功率损失为，故 D 错误 2 1 UU P r 损 11 答案及解析： 答案：A 解析：本题考查变压器的工作原理. 设变压器原、副线圈电压分别为、,电流分别为、,可知, 1 U 2 U 1 I 2 I 01 1 UU I R 2 2 U I R
24、 又因为,可解得, 原 0 220VU 1 2 3 1 U U 1 2 1 3 I I 2 66VU 1 198VU 1 22 I R 2 66 I R 线圈中,副线圈中,易知,故 A 正确. 1011 PUUI 222 PU I 1 2 1 9 P P 12 答案及解析： 答案：C 解析：线圈在纸面位置时处于中性面,感应电流为零,A 错误;从线圈在纸面位置时开始计时, 线圈中产生的感应电动势的瞬时值,最大值 1 21 2 1 (3)()sinsin 2 eBBl ltBl lt ,有效值,线圈中产生的热功率为,C 正 m1 2 EBl l m1 2 2 22 EBl l E 2 2 222
25、1 2 2 B l lE RR 第 14 页 共 18 页 确,B 错误;线圈从纸面位置开始转过的过程中通过某一横截面的电荷量90 ,D 错误。 1 2 1 2 1 (3) 2 BBl l Bl l q RRR 13 答案及解析： 答案：C 解析：若从图示位置计时,则原线圈中电压瞬时值为,A 项错误；coseNBSt 当闭合开关 S 时,原线圈电压不变,根据可知,副线圈电压不变,B 项错 11 22 Un Un 误；副线圈电阻减小,副线圈电流增大,原线圈电流增大,电流表示数增大,C 项 正确；原线圈电压有效值为不变,根据,副线圈电压为 2 2 NBS 11 22 Un Un ,D 项错误。 2
26、 1 2 2 n NBS n 14 答案及解析： 答案：BD 解析：变压器不改变交流电的频率,由题图乙可知交流电的频率为,A 2 1 Hz50Hz 2 10 f 错误;由题图乙知降压变压器的副线圈两端电压的瞬时值表达式为, B220 2sin100utV 正确;通过R0的电流的最大值为,有效值为,C 错 m m 0 220 2 A10 2A 22 U I R 10 2 m I IA 误;根据变压器电流比关系可知通过输电线的电流为,故输电线损失的功率 4 3 3 10 A n II nn 为,D 正确。 2 3 2 100 W r PI r n 15 答案及解析： 答案：BC 解析：交流电的频率
27、是由发电机的转速决定的，故频率不变，选项 A 错误；变压器原、副线 圈两端电压比值等于原副线圈的匝数比， 则当电压变化时变压器原、 副线圈两端电压比值不 第 15 页 共 18 页 变， 选项 B 正确 ； 电热丝的电阻， 当通过电热丝的电流为 0.2A 时， 22 44 220 8.8 U R P 由于变压器初级和次级功率相等，则变压器原线圈中的电流为 A，选项 C 正确；当电路的电压增加时，次级消耗的功率 2 2 1 220 0.28.8 0.04 220 IAA U 增加，则原线圈的输入功率增大，选项 D 错误；故选 BC. 16 答案及解析： 答案：ABD 解析：发电机处于满负荷工作状
28、态时,原线圈电流为,设输电线路电流即副 1 T 1 1000AI 1 T 线圈电流为I,输电线路损耗功率为,解 322 4000 10 W 10%400kW1000I RI 得,故 A 正确;原副线圈匝数比为,原线圈电压为20AI 1 T 11 :0.021:50nI I 2 T ,故原、副线圈电压分别为和 220V,B 对;原副线圈匝数180kVUIR 2 T 5 1.8 10 V 2 T 比为,故 C 错;设负载有 N 盏灯泡正常发光,则 5 2 1.8 10 :22040:1n ,解得,故 D 正确。4000kW 90%60WN 17 答案及解析： 答案：D 解析：当位于正中央时,原、副
29、线圈的匝数比为 2:1,原线圈电压的有效值为 2 P ,又由可知副线圈的输出电压的有效值为 110V,因此电压表的 max 1 220V 2 U U 11 22 Un Un 示数为 110V,A、B 错误;在触头向下缓慢移动的过程中,副线圈的匝数减少,则副线圈的输 2 P 出电压减小,电压表的示数减小,由欧姆定律可知电流表的示数也减小,C错误;当滑动变阻器 的滑动触头向下移动时,滑动变附器接入电路的阻值变小,电流表的示数增大,由 1 PPUI 可知变压器的输出功率增大,变压器的输入功率增大,D 正确。 第 16 页 共 18 页 18 答案及解析： 答案：1. 10 2cos100Ve 2.
30、30 2 V 3.如图所示 解析：1.线框转动,开始计时的位置为线框平面与磁感线平行的位置,CD边长为 1 20lcm ,CE、DF边长为,在t时刻线框转过的角度为t,此时刻 2 10 lcm 1 2cos eBl lt 其中 5 2 BT 22 12 0.20.1m0.02mll 2250 /100 /nrad srad s 故 5 2 0.02 100 cos100 V ett 即10 2cos100 Vet 2.线框由题图所示位置转过 30的过程中 1 2/ 2 Bl l 6 t 则平均电动势 30 2 V E t 3.线框中感应电动势随时间变化的图象如图所示 第 17 页 共 18 页
31、 19 答案及解析： 答案：1.此输电线路的示意图如图所示 2.用户得到的电功率是 49400W; 3.在输电线路中设置的升、 降压变压器原、 副线圈的匝数比 分别为 1:10, 22:1 解析：2.设输电线上损失功率为 P损,输电电流为 I,升压变压器输入电压为 U0,输出电压为 U, 原、副线圈的匝数分别是 n1和 n2,则 P 损=3.2%P 解得:P损=501033.2% W=1600W P用 =49400W 3.P损=I2R 解得:I=10A P=IU 解得:U=5000V 01 2 5001 500010 Un nU 设输电线上损失电压为 U损，降压变压器输入电压为 U3，输出电压
32、为 U4，原、副线圈的匝数 分别是 n3和 n4，则： U损=IR； U3=UU损 解得：U3=4840V； 33 44 22 1 nU nU 第 18 页 共 18 页 20 答案及解析： 答案：1.由题图乙知周期,则0.01sT 2 200rad/s T 故原线圈输入电压的瞬时值表达式为 .400sin200 (V) ab ut 2.原线圈两端的电压 1 200 2VU 由理想变压器的功率关系得 12 PP 原线圈中的电流 1 1 1 P I U 解得. 1 80 A0.28A 200 2 I 3.设间线圈的匝数为,则ab、 1 n 1 1 ce ce UU nn 同理 1 1 de de UU nn 由题意知 22 cede cede UU RR 解得 cece dede nR nR 代入数据得. 4 3 ce de n n 解析：